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青海矿床成矿系列探讨

2019-05-23

地球科学与环境学报 2019年3期
关键词:柴达木盆地祁连矿床

潘 彤

(青海省地质矿产勘查开发局,青海 西宁 810001)

0 引 言

程裕淇等最早探讨了矿床成矿系列的概念,其主要是指在一定的地质构造单元和地质历史发展时期内,与相应的地质成矿作用存在关联的、在不同成矿阶段(期)和不同地质构造部位产生的多种矿种和多种类型,但具有成因联系的一组矿床的自然组合[1-2]。矿床成矿系列概念提出后,一些学者在实践中不断地完善和发展了矿床成矿系列的理论和工作方法,如陈毓川等将四维空间作为一个整体来深入探讨和建立具有内在联系的各种矿床的成矿系列[3]。

青海矿床系列研究论文较少,仅部分学者针对青海主要成矿区带进行了研究[4-6]。潘彤等在对东昆仑成矿带金属成矿规律认识的基础上,对东昆仑地区从矿种、时代角度进行了成矿系列梳理,促进了东昆仑地区找矿工作[5-6]。2007年,中国重要矿产资源潜力评价工作启动后,杨生德等初步总结了青海22个矿种矿产成矿规律,建立了青海矿床成矿系列,科学推进了面上的找矿工作部署[7]。依据近年来的金矿找矿突破成果,潘彤等对青海金矿成矿系列进行较深入的探讨[8-9],并对青海金矿找矿提出了建议。一些学者在不同区域开展的成矿系列研究[10-12]为本次研究提供了借鉴。以中国矿产地质志子项目青海省矿产志为契机,依据陈毓川等提出的以“四个一”为内涵的矿床成矿系列理论[3],以区域构造-地球化学等成矿地质环境的构造-流体-成矿体系为统一体系,可以研究青海矿床成矿系列的形成分布和演化规律。

成矿谱系能够指示区域内成矿物质在区域地质构造不断演化过程中的行为、成矿物质的组合变化、元素分散或富集的规律以及区域成矿的继承性或突变性[13]。本文对青海不同成矿带上不同矿产的成矿系列进行探索,深化青海成矿规律认识,以期为找矿提供理论依据。但由于青海地质构造和成矿演化的复杂性,以及笔者认识水平的限制,本文仍属于阶段性认识,在今后工作实践中有待不断完善。

1 区域成矿地质背景

青海省地处青藏高原东北部,为秦祁昆构造域和特提斯构造域的结合部位。依据潘桂棠等对该区域构造背景的研究[14],结合青海成矿规律,划分出祁连、柴达木盆地、东昆仑、西秦岭西、可可西里—巴颜喀拉、三江西北6个成矿省16个Ⅲ级成矿带(图1)[15]。具体成矿单元名称见表1。

研究区地层从元古宙以来到新时代均有出露,其中以中—新生代地层分布最为广泛。从区域而言,青海地层以昆南断裂为界划分为南部和北部。北部主要包括祁连和东昆仑地区,涉及到阿尔金山南坡和柴达木盆地,以广泛分布元古宇、古生界为特征;而对于南部来说,其主要包括可可西里、唐古拉山等地区,包括西倾山和与之相连的盆地,以中—新生界大量分布为特点。

1为祁连县小沙龙铁矿床;2为海西州冷湖镇昆特依钾矿区俄博滩矿床;3为祁连县玉石沟蛇纹岩矿床;4为海西州冷湖镇东坪气田;5为海西州冷湖镇察汗斯拉图碱北凹地钾矿床;6为海西州茫崖镇大风山锶矿田Ⅳ矿区;7为海西州大柴旦镇滩间山金矿金龙沟矿区;8为海西州茫崖镇尕斯库勒油田;9为天峻县聚乎更煤矿区七号井;10为海西州茫崖镇昆北油田;11为海西州大柴旦镇西台吉乃尔湖锂矿区;12为刚察县热水煤矿柴达尔井田;13为格尔木市台南气田;14为海西州大柴旦镇锡铁山铅锌矿床锡铁山矿区;15为德令哈市怀头他拉乡艾力斯台石英岩矿床;16为天峻县天青山石灰岩矿床;17为刚察县达拉沟石灰岩矿床;18为德令哈市旺尕秀石灰岩矿床;19为乌兰县沙柳泉长石矿床;20为互助县柏木峡光山石灰岩矿床;21为格尔木市卡而却卡铜矿床;22为乌兰县丁叉叉山南坡钛矿床;23为共和县石乃亥铌钽矿床;24为格尔木市夏日哈木铜镍矿床;25为都兰县海寺硅灰石矿床;26为都兰县五龙沟金矿床;27为都兰县果洛龙洼金矿床;28为曲麻莱县大场金矿床;29为兴海县尕科合砷银铜矿床;30为兴海县(玛多县)苦海汞矿床;31为玛沁县德尔尼铜钴矿床;32为格尔木市多才玛铅锌矿床;33为格尔木市吴曼通洞水晶矿床;34为杂多县纳日贡玛铜钼矿床图1 青海Ⅲ级成矿带及代表矿产分布Fig.1 Distribution of Ⅲ Minerogenetic Belts and Representative Deposits in Qinghai

前南华纪地壳的沉降过程具有活动时间长、分布厚度大的特点,其大部分分布于昆仑南坡—秀沟—玛沁断裂带的北面。除此之外,区域内分布有早古生代裂谷,形成活动性的沉积。三叠纪沉积地层最为广泛,大概占青海总面积的1/2。石炭系和元古宇地层在区域内亦占有相当的面积。志留纪之前为海相沉积,泥盆纪至侏罗纪出现海相与陆相并存格局,沉积类型绝大部分属于活动型或次活动型,表现出较为典型的造山带特征,一直持续到白垩纪变成陆相沉积。晚中生代至新生代,青海全域逐步进入陆内造山活动阶段,柴达木盆地、共和盆地、西宁盆地出现明显的地壳沉降,沉积物质主要为陆相碎屑岩建造。

研究区岩浆活动频繁且强烈。加里东期岩浆活动集中于北祁连、祁漫塔格、柴达木盆地北缘—都兰地区;华里西期岩浆活动在北祁连以外的青海其他地区活动强烈;印支期岩浆活动集中于东昆仑、鄂拉、玉树地区;燕山期岩浆活动在青海东部零星分布,具有分散性的特点;除此之外,喜山期岩浆活动一般情况下在可可西里、格拉丹东地区稳定发育。

研究区在太古代之后,经过吕梁运动区域变质作用和造山期花岗岩侵位,成为哥伦比亚超大陆的组成部分,这个时期形成了Fe、石墨、P等矿产;从南华纪秦祁昆地区活动陆缘不断演化到洋,形成与海相火山活动有关的多金属矿、稀土、石棉矿;伴随海西期洋壳闭合,秦祁昆地区进入碰撞造山过程,使成矿元素Au、Mo聚集,Ni元素大量富集;华力西运动也让陆缘剥蚀区面积进一步扩增,巴颜喀拉前陆盆地获取丰富的碎屑沉积,进而为金矿提供源源不断的物质基础;然后,印支运动使特提斯洋闭合,并产生若干个造山带,如东昆仑、巴颜喀拉、唐古拉山等,它们为造山型金矿提供丰富的Au来源。此外,早、中侏罗世柴达木盆地的边缘拗陷地带形成煤、油页岩及U-Th矿产,柴达木盆地演化到渐新世—上新世形成了生储层系,沉积了石膏、石盐、钙芒硝、钾盐等矿产。

2 矿产资源分布特征及主要成矿类型

截至2015年底,青海共计发现矿产4 794处。按矿类划分有能源矿产327处,黑色金属矿产741处,有色金属矿产1 405处,贵金属矿产714处,稀有金属、稀土、分散元素矿产58处,放射性矿产154处,冶金辅助原料非金属矿产142处,化工原料非金属矿产376处,建筑材料及其他非金属矿产695处,水气矿产182处。前6种矿产占青海矿产总数的比例分别为6.82%、15.46%、29.31%、14.89%、1.21%、3.21%[16]。

表1 青海Ⅲ级成矿带划分Tab.1 Division of Ⅲ Minerogenetic Belts in Qinghai

2.1 矿产资源分布特征

(1)种类分布。青海共发现矿种134种,其中能源矿产5种,黑色金属矿产5种,有色金属矿产13种,贵金属矿8种,稀有金属、稀土、分散元素矿产20种,放射性矿产2种,冶金辅助原料非金属矿产10种,化工原料非金属矿产20种,建筑材料及其他非金属矿产48种,水气矿产3种。

(2)时间分布。青海矿产成矿时代跨度大,从古元古代—第四纪均有不同规模的矿床分布,但成矿强度存在差异。内生矿床以中生代最强,并以三叠纪分布较集中,古生代次之,并以寒武纪—奥陶纪相对较强;喜山期矿床所占比例较多,但以砂矿型及盐湖沉积型矿床为主,内生矿床较少;时代不明矿床所占比例较小,说明青海已知矿床总体研究程度不低;印支期、加里东期是青海主要成矿期,且大、中型矿床所占比例较大;燕山期、华力西期矿床规模以小型为主,但数量多,找矿潜力较大。

(3)空间分布。青海矿产在平面分布极不均匀,已发现矿产主要分布于昆南断裂以北。①能源矿产:石油、天然气主要分布于柴达木盆地西部,北部及中部次之;煤炭集中分布于中祁连、柴达木盆地北缘,其次为北祁连,东昆仑及唐古拉山只有少数矿点;泥炭集中分布于黄南地区。②黑色金属矿产:铁矿主要分布于东昆仑北部的祁漫塔格—都兰地区,次为唐古拉山,北祁连、青海东部及柴达木盆地北缘发现的矿产虽较多,但无重要成型矿床;铬铁矿集中于北祁连,次为柴达木盆地北缘;锰矿分布零星。③有色金属矿产:除中祁连、南祁连、柴达木盆地及巴颜喀拉外,青海其他地区均有分布,尤以柴达木盆地周边、北祁连、阿尼玛卿及玉树地区较发育。④贵金属矿产:岩金主要见于北祁连、拉脊山、化隆及黄南地区,东昆仑、阿尼玛卿也有零星分布,主要以伴生形式产于有色金属矿产中;砂金遍布青海,尤以巴颜喀拉为甚,次为北祁连;铂族仅见于化隆—日月山及黑河流域(砂矿);银矿多与有色金属矿产相伴(共)生。⑤稀有金属矿产:以与盐类矿产共生为主,分布于柴达木盆地中、西部,盆地周边及中祁连仅有一些未深入评价的矿点;稀土金属分布零星,无成型独立矿床。⑥化工原料非金属矿产:以盐类矿产为主,集中分布于柴达木盆地内,其次为西宁盆地及巴颜喀拉;化工石灰岩分布于西宁盆地北部及南祁连,硫铁矿及自然硫零散分布于北祁连、西宁盆地、柴达木盆地北缘、阿尼玛卿及玉树等地区;磷矿分布于北祁连、中祁连及柴达木盆地周边,尚无较好成型矿床;砷矿集中分布于黄南地区;蛇纹岩主要分布在北祁连、阿尔金、塞什腾山及拉脊山等地区。⑦建筑材料及冶金辅助原料非金属矿产:石棉主要分布于阿尔金及北祁连,次为塞什腾山;石膏矿除东昆仑、西秦岭外,青海其他地区均有分布,仅西宁盆地进行了普查评价;其他矿种主要分布于青藏铁路两侧,尤其是西宁盆地。

2.2 主要成矿类型

依据典型矿床的成矿特征,结合矿床类型划分的要求,青海Fe、Cu、Pb、Zn、Au、Sb、W、Sn、Mo、Ag、Mn、Ni、Cr、Li、B、S、萤石、菱镁矿、重晶石、K、P、稀土等矿床主要成矿类型初步归纳为16个类型:岩浆型、伟晶岩型、斑岩型、海相火山岩型、陆相火山岩型、海相沉积型、陆相沉积型、矽卡岩型、热液型、破碎蚀变岩型、变质型、风化壳型、盐湖沉积型、盐湖卤水型、砂矿型、成因不明。盐湖沉积型、热液型、变质型、矽卡岩型、海相火山岩型、斑岩型及破碎蚀变岩型是青海找矿的主攻类型[7]。

3 成矿系列划分原则及划分结果

依据青海成矿区(带)划分,以典型矿床的时空分布规律(图1)为主线,结合各成矿单元的地质成矿作用研究,探讨了青海矿床成矿系列划分原则及划分结果。

3.1 划分原则

本次成矿系列划分主要依据程裕淇等的研究成果[1-2,17-18],主要参考了陈毓川等强调的“四个一”,即一定的地质历史发展阶段所形成的一定地质构造单元内,与一定的地质成矿作用有关且在特定的地质构造部位形成的一组具有成因联系的矿床[3]。

根据陈毓川等的研究,成矿系列可划分为5个序次,按照矿床成矿系列组合、矿床成矿系列类型、矿床成矿系列(组)→矿床成矿系列→矿床成矿亚系列→矿床式→矿床进行序次划分。本次研究第一序次主要以矿床成矿系列(组)来分,然后根据地质成矿作用来进一步划分,即岩浆、沉积、变质成矿作用,此外,还要考虑地质流体成矿作用。

3.2 划分结果

依据上述划分原则,初步划分了青海矿床成矿系列(组),其中,前南华纪5个(表2),早古生代6个(表3),晚古生代—早中生代8个(表4),晚中生代5个(表5),新生代9个(表6)。划分结果详见表2~6。

4 矿床成矿阶段与成矿系列

4.1 前南华纪(543 Ma以前)成矿系列

前南华纪是中国大规模成矿期,形成了Fe、Cu、Au、Ni、稀土、石墨、P等一大批超大型、大型矿床[19]。

青海前南华纪地体大量分布于北部区域,其中柴达木盆地、中祁连地块、欧龙布鲁克及宁多群等微地块等比较有代表性。前南华纪构造演化过程为4个时期:第一个时期为太古宙古陆核的产生阶段;第二个时期为古元古代陆核出现闭合、抬升,同时受到花岗岩体的不断侵入阶段;第三个时期是中元古代裂陷槽发育阶段,至新元古代沉积范围缩小;第四个时期是南华纪—震旦纪古大陆的裂解阶段。其中,太古宙—古元古代地质作用以原始地壳分异作用为主导,成矿以原始地壳特定的Fe、Au为主。

4.1.1 太古宙古陆核形成阶段

太古宙古陆核形成阶段的时代为2 500 Ma以前。据郭现轻等对青海南山金水口岩群矽线石云母石英片岩中碎屑锆石研究显示,其年龄记录为太古宙—古元古代[20];东昆仑小庙岩组中碎屑锆石SHRIMP U-Pb年龄为2 400 Ma;格尔木东白日其利表壳岩系中获得Sm-Nd等时线年龄为3 282 Ma[21]。这反映了南祁连、东昆仑都可能有太古宙古大陆的存在。岩石的结构、所处构造环境和同位素年龄等均说明青海可能存在有统一的古陆核。此时的地壳厚度较小,上地幔超基性、基性岩浆广泛活动,如在一个较为稳定的火山间歇期,就有可能形成一定规模的矿床。但由于目前缺少地层实体,没有相关的矿产信息。

4.1.2 古元古代古大陆统一结晶基底形成阶段

在1 800~2 500 Ma,在裂谷发生、发展和消亡的过程中,在活动地壳向稳定陆块的过渡时期,前南华纪发生聚合造山和变质作用,完全固结成为一个整体的刚性克拉通,组成古大陆的结晶基底。

古元古代结晶基底分布于东昆仑、柴达木盆地北缘、祁连中间隆起区的金水口岩群、达肯大坂岩群、托赖岩群、湟源岩群,为一套中—高级角闪岩相变质岩[22-24]。这说明元古代东昆仑、柴达木盆地、祁连参与了从裂解到统一形成结晶基底过程。该过程形成与沉积作用有关并赋存于远源细碎屑泥砂沉积物中的Fe-Au-灰岩-石英岩成矿亚系列。

东昆仑由长城纪白沙河岩组和小庙岩组组成,其中麻粒岩相-高角闪岩相白沙河岩组的沉积年龄被限定在1.0~1.6 Ga之间。该期形成与沉积变质作用有关的Fe-白云岩-石英岩-红柱石成矿亚系列以及与火山-沉积变质作用有关的Cu-Co-Au成矿亚系列[25](如督冷沟铜钴矿床、果洛龙洼金矿床),此外还形成与中—基性火山岩有关的Fe(局部伴生Au)成矿亚系列,如具硅铁建造特征的那西郭勒铁矿床。在柴达木盆地金水口岩群白沙河岩组灰白色块层状大理岩条带中,形成与变质作用有关的石墨矿床。在南祁连拉脊山形成与碎屑岩-富镁碳酸盐岩(局部夹火山岩)建造(湟源群)有关的斜沟石英岩矿床、大理岩矿床和沉积变质-热液型菱镁矿床、滑石矿床。

表2 前南华纪成矿系列划分Tab.2 Division of Pre-Nanhua Minerogenetic Series

4.1.3 中元古代古大陆的裂解和汇聚阶段

在长城纪—青白口纪(800~1 800 Ma),中国古大陆表现为离散与汇聚重组,成为罗迪尼亚超大陆的组成部分。王国灿等认为青海地区为一系列小陆块内含有限裂解小洋盆构造格局[26]。

湟中运动后,北祁连表现为造山运动,中祁连基底反映了沉积、变质变形和花岗质岩石侵入作用[22,27-28]。在湟中群磨石沟滨海碎屑岩建造中形成与沉积作用有关的灰岩-石英岩成矿系列(如大通毛家沟石灰岩矿床)。

柴达木盆地北缘和南缘出露地层为万保沟群、冰沟群等,主要由浅水相碎屑岩和碳酸盐岩组成,为被动大陆边缘浅海裂陷盆地环境。柴达木盆地北缘在中元古代结晶基底基础上发生裂解,同时形成喷流-沉积型Au-重晶石成矿亚系列(如大柴旦镇滩涧山金矿床、青龙沟金矿床)。随着裂解的进一步加剧,出现了以蛇绿岩等为标志的有限洋盆。中元古代早期,北祁连一带古陆块裂解,形成朱龙关群一套玄武岩发育的海相沉积建造。张招崇等通过锆石SHRIMP U-Pb定年确定熬油沟蛇绿岩时代为1 777 Ma左右[29];中元古代中期裂陷中心向南迁移到东昆仑,形成万保沟群玄武岩及碎屑岩建造和清水泉蛇绿岩,其中万保沟群玄武岩的锆石SHRIMP U-Pb谐和年龄为1 343.30 Ma[30]。这些洋盆具有古特提斯的性质,在这种环境下柴达木盆地北缘形成与超基性岩浆侵入作用有关的Fe-P成矿亚系列(如乌兰县王家琪铁矿床)。

表3 早古生代成矿系列划分Tab.3 Division of Early Paleozoic Minerogenetic Series

表4 晚古生代—早中生代成矿系列划分Tab.4 Division of Late Paleozoic-Early Mesozoic Minerogenetic Series

续表4

东昆仑分布有原岩建造为砂岩-粉砂岩-镁质碳酸盐岩的低绿片岩相狼牙山组[31],该建造中形成沉积变质型Fe-Mn-白云岩成矿亚系列(如清水河铁锰矿床)。

青海省玉树县小苏莽地区宁多岩群以伸展作用为主,构造演化时空分布具不均一性[32],伸展作用是否形成与岩浆熔离作用有关的成矿系列有待进一步探讨。

4.1.4 南华纪—早寒武世构造期大规模裂解阶段

伴随着罗迪尼亚超大陆持续不断的裂解,南华纪—早寒武世构造期(543~820 Ma)古老基底上被南华纪火山碎屑岩及冰碛岩不整合覆盖,表明原特提斯洋出现了扩张[33]。

表5 晚中生代成矿系列划分Tab.5 Division of Late Mesozoic Minerogenetic Series

晋宁运动(青海地区称为全吉运动)后, 青海各地块中均保存裂解事件的相关岩石记录。例如,祁连龙口门组冰川相冰碛砾岩组合[34-35];柴达木盆地北缘全吉群沉积序列[36],其构造环境为新元古代晚期裂谷盆地的伸展阶段[37];东昆仑祁漫塔格地区丘吉东沟组陆表海远洋砂岩沉积建造[38],昆南结合带中寒武世沙松乌拉陆缘裂谷环境的陆源碎屑浊积岩组合。随着裂解作用的加剧,一些地块边缘出现具有洋壳特点的蛇绿岩。由于青海南部该套地层在这一时期不发育,成矿主要集中在北部,形成与火山-沉积作用有关的Cu-Pb-Zn-Au-硫铁矿-石英岩成矿系列。

北祁连震旦纪—中寒武世古大陆裂解作用形成拉张环境下的海相火山岩组合,火山-喷流型铜锌多金属矿床形成,典型矿床有郭密寺铅锌铜矿床;随着裂解作用不断发展及洋壳出现,在洋中脊出现蛇绿岩组合[39],在这套组合岩中形成与岩浆作用具有密切关系的铬铜多金属矿床(如玉石沟铬铁矿床、黑刺沟蛇纹岩矿床);在中寒武世基性—酸性熔岩、火山碎屑岩中形成与火山-沉积作用有关的Cu-Pb-Zn-硫铁矿成矿亚系列(如香子沟硫铁矿床),以及与构造蚀变岩有关的Au成矿亚系列(如下沟金矿床)。中祁连形成沉积灰岩-石英岩成矿亚系列(如大通毛家沟石灰岩矿床)。

柴达木盆地赛什腾山、绿梁山、锡铁山、沙柳河广泛出露新元古代变质深成侵入体(花岗片麻岩),花岗片麻岩为铝质—过铝质碱性岩石,构造背景环境为火山弧或者同碰撞,其是否形成与碰撞伸展作用有关的矿床尚待研究。

4.2 早古生代(410~543 Ma)成矿系列

青海整体为原特提斯洋持续扩张,主体扩张时间为480~550 Ma。昆仑以北发育了一系列弧后洋盆体系,即北祁连洋盆、红柳沟—拉配泉洋盆、阿帕—茫崖洋盆、柴达木盆地北缘洋盆、拉脊山洋盆等;到奥陶纪发生大规模的洋陆俯冲,东昆仑以北形成岛弧岩浆岩组合,构成了类似于新生代东南亚多岛弧盆系构造格局[33];志留纪到中泥盆纪,碰撞造山作用使一系列洋盆(弧后盆地)闭合,青海北部稳定成陆。

表6 新生代成矿系列划分

在成矿作用上形成与海相火山作用有关的铁多金属矿床,在洋壳拉张环境下形成与蛇绿岩有关的石棉、Cr、Fe-Ni-Co、Fe-P、Au-Ag-Pt、滑石、蛇纹岩等矿产。

阿尔金形成与奥陶纪蛇绿岩有关的石棉成矿亚系列(如茫崖石棉、滑石矿床)。早—中奥陶世青海进入沟-弧-盆共同发展的板块构造演化阶段,在北祁连形成与加里东晚期海相火山建造有关的Cu-Pb-Zn成矿亚系列(如红沟VMS型铜矿床、松树南沟金矿床);在南祁连形成与加里东期镁铁—超镁铁质岩有关的Cu-Ni-稀土成矿亚系列(如拉水峡铜镍矿床、上庄稀土矿床)以及与花岗岩建造有关的Au成矿亚系列(如尼旦沟、天重峡金矿床)。上奥陶统(滩间山群)火山岩与基性—超基性岩构成柴达木盆地北缘主要含矿层,形成与火山-沉积建造有关的Pb-Zn-Au-S-Fe成矿亚系列,著名的锡铁山铅锌矿床产于下部火山-沉积岩系中。东昆仑形成与喷流-沉积作用有关的Fe-Co-Au成矿亚系列,代表矿床有肯德可克铁铅锌矿床、驼路沟钴金矿床。志留纪末,前陆盆地逐渐开始闭合,沉积组合由半深海沉积向滨海碎屑岩组合的类复理式沉积过渡,形成相关的沉积型铜矿[40];之后,祁连不断进行陆内造山构造演化[41],近年来地质勘探工作在该区域发现了构造蚀变岩型金矿的线索。

4.3 晚古生代—早中生代(410~217 Ma)成矿系列

时限主体为泥盆纪—中三叠世,但可能延续到晚三叠世早期,青海进入到古特提斯洋演化阶段,主体区域为可可西里、巴颜喀拉、东昆仑南缘、北羌塘及西秦岭地区[42]。其是在原特提斯洋的基础上发展起来的。在志留纪,随着南半球大陆向北漂移,原特提斯洋逐渐消灭并萎缩成一个狭窄的海道。该时期演化以古特提斯洋为主,为洋陆并存构造格局演化阶段。

古特提斯洋裂解的主体位于南昆仑—北羌塘地区,同时在北昆仑—祁连—秦岭外围地区有响应,形成了石炭纪—中二叠世陆表海与陆缘裂谷相间构造格局,从北向南依次为赛什腾山—兴海分支洋、塔妥分支洋。得力斯坦蛇绿岩的时代为中二叠世—中三叠世[43],表明木孜塔格—西大滩—布青山碰撞造山带中残留有中三叠世的洋壳。巴颜喀拉、甘孜—理塘蛇绿岩的形成时代为晚二叠世至早—中三叠世[44-45],在地块边缘主要发育深水性质的活动型火山-沉积组合,具有多岛洋盆特征。由于各洋盆不断扩张,中—晚二叠世青海进入碰撞构造汇聚期,在柴达木盆地北缘、全吉、鄂拉山、祁漫塔格、东昆仑南坡等地区均发育俯冲期花岗岩组合(263~295 Ma)。晚二叠世沉积相在青海不少地区发生了突变或缺失,与全球最大一次生物集群灭绝、全球海平面快速升降的时间相耦合,与古特提斯洋衰亡进入残留洋的时间大体一致。正是由于中—晚二叠世构造汇聚事件,Pangea超大陆形成。随后,早—中三叠世为古特提斯洋残留洋盆大规模俯冲消减时期,发育于三江地区的下大武火山岛弧、治多—江达—维西—绿春陆缘弧和开心岭—杂多岩浆弧规模进一步扩大。

受古特提斯洋地球动力学环境及地质演化历史的影响,晚古生代—早中生代成矿作用总体上表现出有序前进式,尤其是晚志留世发展到后碰撞时期,形成了又一次成矿的高峰期。该阶段成矿作用以岩浆活动为主,伴生有叠加与改造作用所产生的各类矿床。各个构造单元成矿作用不同。

阿尔金于伸展阶段在牛鼻子梁—俄博梁形成与华力西期中酸性岩有关的Na-Ta成矿亚系列(如交通社铌钽矿床)。东昆仑以接触交代-热液型多金属成矿系列为主,在花岗闪长岩、花岗岩和二长花岗岩接触带形成Fe、W-Sn、Mo、Au等矿产;宗务隆—双朋西二叠纪洋壳俯冲向陆陆碰撞转换阶段形成矽卡岩型Cu-Au成矿亚系列(如双朋西金铜矿床)。西秦岭西倾山地区形成与火山-沉积作用有关的Pb-Zn成矿亚系列,该类矿床主要是在沉积成岩作用阶段形成的,印支晚期地下热卤水及岩浆热液的叠加改造作用亦十分强烈,如老藏沟铅锌矿床。东昆仑祁漫塔格地区形成与碰撞伸展作用有关的岩浆熔离型Cu-Ni成矿亚系列(如夏日哈木铜镍硫化物矿床);东昆仑中段纳赤台一带形成与石炭纪—二叠纪碎屑岩有关的Au-Cu成矿亚系列(如小干沟金矿床、纳赤台金矿床);大灶火—黑刺沟形成与岩浆活动构造蚀变岩有关的Au-Sn-W成矿亚系列(如铜金山钨矿床);晚石炭世—早二叠世阿尼玛卿洋盆扩张期,该成矿带内超基性岩断续分布,布青山—积石山形成与二叠纪海底喷流-沉积作用有关的Cu-Co-Au成矿亚系列(如德尔尼铜钴矿床)。三江地区形成与海相火山作用有关的多金属成矿系列,在下二叠统开心岭群火山岩系中赋存车拉涌铁矿床;与火山-沉积作用有关的开心岭铁矿床产于早二叠世诺日巴尕日保组;莫海拉亨铅锌矿床构造位置上处于结扎弧后前陆盆地,属于喷流-沉积改造型Pb-Zn成矿亚系列;到早—中三叠世,金沙江洋壳开始向西俯冲,并形成江达弧后热水沉积盆地,在西金乌兰湖—巴塘地区形成喷流-沉积型Fe-Cu成矿亚系列,典型矿床为赵卡隆铁铅锌矿床、尕龙格玛铜铅锌矿床;在晚二叠世—早三叠世,唐古拉山处于龙木错—双湖洋向北俯冲弧后盆地环境中,形成火山-喷气型Fe-Cu成矿亚系列,代表矿床为火山岩容矿块状铁铜锌矿床。

4.4 晚中生代(65~217 Ma)成矿系列

冈瓦纳大陆北部经过裂解、扩张,古特提斯洋从中三叠世初开始发育,到侏罗纪—白垩纪得以发展,这个阶段的大洋被称为新特提斯洋[42],直到古新世末—始新世初大洋闭合。

大约在晚三叠世—白垩纪,印度洋强烈向北扩张,该时期为特提斯洋演化阶段,在古特提斯残留洋收缩、消亡、造山的同时,特提斯洋或新特提斯洋的班公湖—怒江洋和雅鲁藏布洋开始打开,Pangea超大陆开始裂解离散。之后特提斯洋开始俯冲消减,晚侏罗世末期—早白垩世班公湖—怒江洋消亡,发生碰撞造山,造成白垩系与下伏地层广泛不整合,受其远程效应影响,在巴颜喀拉、开心岭—杂多等地区形成了一套风火山群前陆盆地沉积,在可可西里形成晚白垩世陆相沉积砂岩型铜矿床(如风火山铜矿),同时伴有后碰撞高钾花岗岩组合侵位。古近纪早期,雅鲁藏布洋关闭,发生碰撞造山,造成了古近系沱沱河组与下伏地层广泛角度不整合,受其远程效应影响,在三江地区发育了一套后碰撞高钾花岗岩组合。晚三叠世以来,特提斯洋的扩张、俯冲、碰撞已传递到秦祁昆地区,早—中三叠世处于碰撞造山作用初期,沿深断裂发育碱性、弱碱性及钙碱性岩浆活动。晚三叠世,西秦岭、松潘—甘孜、三江等地区特提斯海槽封闭。到了晚三叠世末期至早侏罗世,羌塘地体、可可西里地体与东昆仑—柴达木地体碰撞,古特提斯洋完全消失,同时受到南部较强挤压的影响,区域出现了不同程度的隆起,青藏高原北部区域开始进入陆内造山时期[46],特提斯洋沿班公湖—怒江打开,到晚白垩世,特提斯洋俯冲形成一系列弧盆。

成矿作用除中祁连、柴达木盆地北缘形成与侏罗纪有关的煤矿床外,大部分成矿集中于西秦岭及三江西北地区。在西秦岭形成与白垩纪—侏罗纪沉积作用有关的Cu-煤成矿亚系列,代表矿床为大柴旦镇大头羊煤矿床。在三江西北地区,金沙江洋转入弧陆碰撞发展阶段,在岛弧形成与火山-喷气作用有关的Cu-Pb-Zn-Ag成矿亚系列;在弧后盆地出现与喷流-沉积作用有关的菱铁矿-黄铁矿成矿亚系列[47],以及与晚三叠世火山作用有关的Fe-Cu-Pb-Zn-Ag成矿亚系列,典型矿床有阿代夷则玛大型黄铁矿床。

伴随印度板块的北移,特提斯洋俯冲消减,燕山构造旋回中一系列弧盆形成。将侏罗纪到早白垩世构造旋回划分为早燕山期,而将早白垩世至古近纪构造旋回划分为晚燕山期。早侏罗世青海北部主体进入陆内活动,于侏罗纪形成3个断陷盆地,即祁连断陷盆地、柴达木盆地北缘断陷盆地和兴海断陷盆地。早—中侏罗世是青海主要聚煤期,陆相侏罗纪河湖-湖沼型沉积盆地广泛分布[48],煤田主要分布在疏勒河—大通河流域和柴达木盆地北缘,形成与早—中侏罗世沉积作用有关的煤成矿亚系列。青海南部形成了陆内盆地、年宝火山-沉积盆地、雁石坪弧后前陆盆地、风火山弧后前陆盆地。随着地壳的增厚、壳幔作用的加强及硅铝层物质的重熔,形成大量与酸性中深成—浅成侵入岩有关的Cu-Pb-Zn-Au成矿亚系列,典型矿床为楚多曲铅锌矿床。小唐古拉山地区陆缘碎屑岩发育,在白云质灰岩或石膏层下部见菱铁矿及铅锌(银)矿,其中铁矿具有较大规模,己有数处达到或接近中型矿床,如小唐古拉山铁铅矿床。

晚燕山期(65~137 Ma),沿印度河—雅鲁藏布江一带,印度板块与欧亚板块发生碰撞,造成青藏高原北部板内造山。板内造山成盆期也是重要的成矿期,在西宁盆地形成白垩纪河湖相石膏成矿亚系列,该地区为紫红—棕红色河流-湖泊相(边缘为山麓相)陆源碎屑沉积,盆地中心有沉积数十米至百余米的钙芒硝、石膏等矿产。

4.5 新生代(65 Ma以来)成矿系列

新生代受印度板块与欧亚板块碰撞及青藏高原隆升作用影响,青海开始进入陆内造山阶段,出现许多与造山作用有关的山间沉积盆地或前陆沉积盆地。在青海北部地区表现为断块升降作用,并伴有陆相火山喷发堆积。随着青藏高原地壳不断隆起,山间发生强烈推覆、逆掩作用,柴达木盆地内堆积了大量的新生代碎屑沉积,其中古近系主要分布于盆地西部,新近系分布于盆地东部,第四系分布范围相对较广[49]。新生代构造演化的时间不长,成矿过程主要是表生作用,盐类及油气矿产分布广泛,资源储量巨大,主要有盐类(以钾盐、石盐、芒硝、岩盐、石膏为主)、石油、天然气、砂金、地下水、矿泉水、地热(温泉)等,这些特色矿产资源集中于柴达木盆地。

新生代成矿演化观点主要有:侯增谦等提出青藏高原大陆碰撞造山带经历了主碰撞汇聚(41~65 Ma)、晚碰撞转换(26~40 Ma)和后碰撞伸展(0~25 Ma)3个阶段的连续演化历程[50-52];李德威提出30~65 Ma→7~23 Ma青藏高原按照一定顺序进行演变,并且将水平运动作为核心[53]。笔者认为本区的成矿划分为3个阶段,即古近纪(23.3~65.0 Ma)成矿阶段、中新世—上新世末(3.6~23.3 Ma)成矿阶段和上新世末—全新世(3.6 Ma至今)成矿阶段。

4.5.1 古近纪成矿阶段

在中生代断陷盆地的基础上, 古近纪成矿阶段以水平运动为主,呈现出东高西低的古地理格局,古近纪发生了继承性的坳陷沉降,在柴达木盆地西部形成与沉积作用有关的盐类成矿亚系列,如渐新世晚期大浪滩钙芒硝、石膏和石盐矿床;在古近纪走滑拉分作用下[54],柴达木盆地西部产生高含钙、高含盐的泥岩和碳酸盐岩组合,形成石油-天然气成矿亚系列。随后的碰撞汇聚在三江西北沱沱河地区形成与陆相火山岩有关的Pb-Ag-Zn成矿亚系列(如那日尼亚铅锌矿床),其成岩和成矿都发生在38 Ma左右[55];三江西北玉树地区成矿时代为0~35 Ma[56],成矿作用与板内伸展作用形成的过铝质斑状花岗岩有关,即形成斑岩型Cu-Mo成矿亚系列(如纳日贡玛铜钼矿床)。

4.5.2 中新世—上新世末成矿阶段

受喜马拉雅运动再次活动的影响,青海总体进入造山阶段,已形成的盆地急速沉降,使柴达木盆地坳陷区大部分再度急速沉降,沉积了一套河湖相碎屑岩粗颗粒沉积。在柴达木盆地的山前粗颗粒相孔隙卤水中形成与山前盆地沉积作用有关的钾盐成矿亚系列,中新世末期油气成藏和改造作用同时存在,形成石油、天然气成矿亚系列。南巴颜喀拉可可西里地区形成与沉积作用有关的石膏-石盐成矿亚系列(如五道梁西君日玛塔玛盐矿床)。

4.5.3 上新世末—全新世成矿阶段

上新世末—全新世青海地区继承了前期构造隆升特点,形成与沉积作用、表生作用有关的盐类、油气、砂金以及泥炭等矿床。魏新俊等将柴达木盆地划分为4个区域:西部古近系和新近系隆起硫酸盐类和钾、镁盐类沉积区,中部第四系强烈沉降钾、镁盐类沉积区,东北部山间凹陷硼酸盐和石盐沉积区,西南部断陷硫酸盐类沉积区[57]。地壳快速隆升过程中,区域内形成与蒸发作用有关的盐类成矿亚系列。

新构造运动时期,柴达木盆地的沉积中心运移到柴达木盆地东部三湖地区,形成了下更新统暗色泥岩、页岩等气源岩,伴随大量构造圈闭石油、天然气成藏[58],形成柴达木盆地东部三湖地区天然气、石油成矿亚系列。柴达木盆地北缘在上新世—第四纪挤压反转及晚侏罗世—白垩纪的构造反转作用下,形成层间氧化界面U成矿亚系列[59]。

青海地区由于间歇性新构造运动的强烈活动,形成了大量的冲积物、残坡积物堆积,为Au元素快速的析离、迁移和富集提供了有利条件[60]。在祁连、青南高原和河湟谷地等地区形成与表生作用、沉积作用有关的冲积、洪积及冰积型砂金矿床。

在高原冷湿的气侯条件下,植物长年累月反复生长、枯败和再生长,枯败残体逐年堆积,经沼泽化使植物残体腐败不完全分解堆积而形成青海重要的泥炭矿床,即第四纪冲洪积-残坡积相中的高原沟谷型泥炭成矿系列。

4.6 青海成矿谱系

按照青海区域构造演化与成矿关系,根据建立的成矿系列,以成矿省为横坐标,成矿时代、成矿作用为纵坐标,建立了青海成矿谱系(图2)。

5 结 语

(1)青海5个成矿阶段矿床各具特色。从新到老,代表的矿床成矿系列(组)有柴达木盆地新生代石油-K-Li-B-Sr-石盐-芒硝成矿系列、三江西北与中生代沉积-岩浆-构造作用有关的Cu-Pb-Zn-Ag-黄铁矿-水晶成矿系列组、东昆仑与华力西期—印支期旋回构造-岩浆-沉积作用有关的Fe-Cu-Ni-Co-Pb-Zn-Au-W-Sn-Nb-Ta成矿系列组、北祁连与加里东期岩浆作用有关的Cu-Pb-Zn-Au-石棉成矿系列、北祁连与前南华纪构造旋回岩浆作用有关的Fe-Pb-Zn-Au-硫铁矿-铬铁矿-石棉-蛇纹岩成矿系列。

(2) 结合青海地质构造演化、矿产分布特性,对其主要成矿单元矿床成矿系列展开深入探讨,共厘定矿床成矿系列33个、矿床成矿亚系列91个、矿床式60个。

(3)在参考前人学术成果的基础上,本次研究提出青海经历了前南华纪、早古生代、晚古生代—早中生代、晚中生代、新生代5个成矿阶段,同时总结研究了各成矿阶段的成矿构造环境、矿化基本特征、成矿系列基本特征等。此外,对青海5个成矿阶段成矿体系所具有的特点进行了系统梳理和总结,具体为:前南华纪古陆核形成、基底陆壳的板内成矿体系;早古生代板块体制成矿体系;晚古生代—早中生代古特提斯成矿体系;晚中生代新特提斯成矿体系;新生代高原隆升成矿体系。

中国地质科学院矿产资源研究所王登红研究员对论文的修改完善提供了帮助,青海省地质调查院王秉璋等同志为论文的撰写提供了支持,青海省第四地质矿产勘查院陆超工程师制作了有关图件,青海省地质调查院陈静博士为英文翻译付出了辛劳,在此一并表示感谢!

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